Absorptions-Flammenphotometer
Die Erfindung bezieht sich auf lein Absorptions- Flammenphotometer mit einer Lichtiqueelle und einem Flammenbrenner.
Absorptions-Flammenphotometer dienen zur quantitativen Bestimmung von Spurenmetallen in Lösungen, wobei dei von den Atomen eines speziellen Elementes im erregten Zustand. abgegebene Strahlung durch einen erhitzten Dampf hindurchgeht, der die Atome im Grundzustand enthält ; diese Strahlung wird von den Atomen des Elementes im Grundzustand absorbiert ; somit wird die Intensität des von den erregten Atomen emittierten Lichtes direkt pro- portional zur Konzentration der. absorbierenden Atome in der Flamme gedämpft.
Wie in dem Buch von John A. Deam : Flame Photometrys-, Kapitel 10 mit der Überschrift Absorption Flame Photometry aluS dem Jahre 1960 erläubert ist, ist die Grundlage fur d e quantibative spektrochemische Analyse Druch eine Absorption in den Atomen die Messung des Lichtes, das bei der Wellenlänge e der Resonanztinie von den nicht erregten Atomen des zu analysieren- den Elementes absorbiert wird.
Es ist bekannt, dass die Empfindlichkeit der Analyse durch eine Zunahme der Konzentration des Elementes in der Flamme und durch eine Vergrösserung der r Länge des lichtweges in der Flamme, in der das Element vorhanden ist, vergrössert wird.
Da man erkannt hat, dass die Länge des Lichtweges gesteigert werden muss, um die Empfind- lichkeit bei der Analyse zu vergrössern, werden Brenner mit mehreren Flammen verwendet, die zum Lichtweg, der von der Lichtquelle zur Flamme führt, im rechten Winkel angeordnet sind, wie am einem Aufsatz von A. C. Menzies in der Zeitschrift Analytical Chemistry des Jahres 1960 mit dem Titel A Study of Atomic Absorption Spectroscopy hervorgeht. Ein mehrfacher Durchgang des Licht Strahles durch die Flamme ainss üblichen Spektral- flammenbrenners ist bereits von russel, Shelton und Walsh angewendet worden, wie in der Zeitschmft Spectrochim. Acta 8, 317, des Jahres 1957 be schrieben ist.
Da bei allen bekannten Anordnungen das von der Lichtquelle kommende Licht senkrecht auf die Flamme trifft, ist mit der gewünschten Verlängerung des Lichtweges ein zusätzlicher apparabiver Aufwand (grösserer Brennter mit mehreren Flammen oder meh- rere optische Reflektoren) verknüpft, den man jedoch möglichst klein halten möchte.
Die Aufgabe der Erfindung eist es daher, den Lichtweg durch die Flamme daduroh zu verlängern, , dass das Licht in Längsrichtung druch die Flamme geworfen wird.
Gemäss der Erfindung ist eine röhrenförmige Absorptionszelle zur Führung der Brennerflamme und des von der Lichtuquelle ausgehenden Lichtstrahls vorgesehen ; ausserdem ist der Flammenbrenner ausserhalb der Absorptionszelle derart angeordnet, dass die Flamme durch die Zelle geführt werden kann.
In zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung ist, es möglich, die Konzentration des zu analysierenden Elementes in der Flamme zu steigern. Dazu weist vorzugsweise die Austassoffnung für die Flam- mengase einen kiemeren Querschnitt als der übrige Teil der Zelle auf. Weitere Vorteile des Erfindungs- gegenstandes werden in Verbindung mit den beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen ausführlich erläutert.
Fig. 1 zeigt mehr oder minder schematisch ein Absorptionsflammenphotometer in der bevorzugten Ausführungsform, bei dem die Absorptionszelle in Längsrichtung geschnitten ist.
Fig. 2 ist aine Ansicht in vergrössertem Massstab und zeigt einen Teil der Absorptionszelle und eins unterschiedliche Anordnung von Zelle, Brenner und Spsktrograph.
Die Fig. 3-5 sind andere Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäss Fig. 1 enthältdasAbsorptionsflamBen- photomeber eine Lampe 10 mit einer hohlen Kathode, die eine monochromatische Lichtquelle darstellt. Zur Erregung der Lampe 10 wird eine Quelle (nicht ge- zeigt) verwendet, die einen konstanten Gleichstrom liefert. Ein Brenner 12 mit einem Brennstoffeinlass
14 ist so angeordnet, dass eine Flamme in das eine Ende einer Absorptionszelle 16 unter einem Winkel von z. B. 15 geworfen wird, damit die Flamme die Zelle ausfüllt und die Verbrenneungspordukte die Zelle durch eine Auslassöffnung 18 nahe am ent gegengesetzten Zellenende und durch einen Entlüf tungskanal 20 in einer äusseren Röhre 22 verlassen können. die Zelle 16 ist in der äusseren Röhre 22 z.
B. mit Absestscheilben 24 und 26 angebracht; die auf eine spezielle Substanz zu analysiserende Lösung wird von einem Vorratsgsfäss 28 aus über eine Einlassröhre 30 in die Flamme des Brenners 12 in, San sich bekannter Weise emgeblasen, damit sie die Brennerflamme im zerstäubten Zustand, also in Tröpfchenform, erreicht.
Die Spitze des Bronners befindet sich an einer solchen Stelle, idal3 sie nciht den Durchgang des Lich- tes von der Lampe 10 zu einem Spektrographen 32 stört. Zwischen der Lampe 10 und dem Einlassende der Zelle 16 fiir das Licht mit einer Quarzkappe 38 ist eine Linse 36 eingeschaltet,'die das Licht sammelt, das'durch die langgestreckte Flamme in der Zelle hindurchgeht. Bine weitere Linse 40 ist zwischen einem Lichtauslassende 42 der Zelle und einem Schlitz 44 des Spektrographen 32 eingeschaltet und fokussiert das Licht auf ein Prisma (nicht gezeigt) eines Monochromators im Spektrognaphen.
Die Röhre, die die Zelle 16 bildet, besteht vor- zugswiese. aus Quarz und ist durchsichtig, während die äussere Röhre 22 aus einem hitzebeständigem Glas hergestellt ist. Vorzugswaise mst der Raum zwi schen den Wnden der beiden Röhnen mit emem entwässerten Magnesiumoxydpulver gefüllt, das das Licht reflektiert, welches von der Zelle 16 aus eintreten kann, und in die Zelle zurücklaitet, damit es erneut durch'die Flamme hindurchgehen kann.
Die Absorptionszelle 16 und die Röhre sind aus einem geeigneten material, z.b. aus Keramik, Metall, Asbest oder Kohlenstoff hergestellt, das cheisch nicht reagirt und bei der Flammentemperatur beständig ist ; wenn das Material undufcasichtig ist, soll eine lichtreflektierende Fläche auf der Innenseite der Zelle vorgeseheen sein. Vom Magnesiumoxyd- pulver wird ausserdem die Zelle 16 gegenüber der äusseren Atmosphäre isoliert ; ausserdem wird von dem Pulver die Bildung von niederschlägen auf der Innenfläche der Zelle herabgesetzt bzw. verhindert.
Asbest oder ein anderes wärmeislierendes Material kann dann angewandt werden, wenn die lichtreflek tierende Wirkung des Materials in dem Raum zwi- schen der Zelle 16 und der Röhre 22 nicht ausgenutzt wird. Die Einlasskappe 38 für das Licht ist mit einer begrenzten Öffnung 46 versehen, durch die beisse Gase hindurchgehen können, die druch die begrenzte Seitenöffnung 18 hinausgehen. Durch diese begrenzten Auslassöffnungen wird dieKonzentration an Atomen in der Flamme der Zelle 16 gesteigert, da der Gasdruck in der Zelle vergrössert iist ; ausserdem sind Idte Auslassöffnungen in, der Anordnung kleiner als die Flammeneinlassöffnungen am Ende 42 der Zelle. Mit dem.
Absorptionsflammenphotometer nach Fig. 1 sind gute Ergebnisse erzielt worden, wenn die Absorptionszelle eine Länge von etwa
100 cm und einen Innendurchmesser von 1 cm be sitzt. Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegen- standes nach. Fig. 2 ist der Brenner 12 z dem Flammeneinlassende und dem Liahtaiuslassende 42 der Absorptionszelle 16 amsgefriobtet ; dais Licht, das von der Lichtquelle aus dufoh die Absorptionszelle hin- durchgeht, wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutere ist, wird zum Schlitz 44 des Spaktrognaphen 32 reflektiert.
Hierfür ist ein ebenfer Reflektor 48 in n einem Winkel von 45 zum Ende 42 der Zelle und zum Schlitz 44 des Spektrognaphen 32 angeordnet und mit einer Öffnung 50 versehen, damit die Flamme des Brenners 12 in die Absorptionszelle iaintreten kami.
Bei der Ausführungsform der Erfindmjjg nach den Fig. 3 und 4 ist die Absorptionszelle vertikal gestellt. Gemäss Fig. 4 befindet sich. die Lichtquelle 10 am seihen Ende der Zelle wie der Brenner 12 ; die Sammellinse 36 ist dabei. so angeordnet, dass das Licht zu, den unter einem Winkel von 45 . angeordne tem Licbtreflektof hindurchgeht, dessen Öffnung auf dafs Flammeneinlassende des Brenners ausgerichtet ist, damit dias Licht in derselben Richtung wie die Flamme in der Zelle verläuft.UntereinemWinkel von 45 ist ein LichtreNektor 48 am unteren Lichtauslassnde der Zelle angeordnet, der das Licht zum Schlitz des Spektrographen 32 reflektiert.
Die An ondnttnjg nach Fig. 3 stimmt etwa mit der nach Fig. 2 übverein, wenn man davon absieht, dass die Zelle 16 vertikal gestellt und der Spektrograph 32 so, angeord- net ist, dass sich der Lichteintrittsschlitz 44 in einer verbikalen Ebene wie in Fig. 1 befindet.
Bei den zuvor bescriebenen ausführungsformen der Erfindung wird die Brennerflamme etwa in das eise. Ende der Zelle 16 geworfen. Bei der Ausfüh- rungsform nach Fig. 5 kann dieFlammean.einem Zwischenpunkt 56 in die Zelle geworfen werden, von idem aus die Flamme gebeilt wird und in Richtung auf die entgegengesetzten Enden der Zelle läuft.
Absorption flame photometer
The invention relates to lein absorption flame photometer with a Lichtiqueelle and a flame burner.
Absorption flame photometers are used for the quantitative determination of trace metals in solutions, whereby the atoms of a special element in the excited state. emitted radiation passes through a heated vapor containing the atoms in the ground state; this radiation is absorbed by the atoms of the element in the ground state; thus the intensity of the light emitted by the excited atoms is directly proportional to the concentration of the. absorbing atoms in the flame.
As stated in the book by John A. Deam: Flame Photometrys-, Chapter 10 with the title Absorption Flame Photometry aluS from 1960, the basis for the quantitative spectrochemical analysis by means of absorption in the atoms is the measurement of the light emitted by of the wavelength e of the resonance line is absorbed by the non-excited atoms of the element to be analyzed.
It is known that the sensitivity of the analysis is increased by an increase in the concentration of the element in the flame and by an increase in the length of the light path in the flame in which the element is present.
Since it has been recognized that the length of the light path has to be increased in order to increase the sensitivity during the analysis, burners with several flames are used, which are arranged at right angles to the light path that leads from the light source to the flame. as seen in a 1960 paper by AC Menzies in the journal Analytical Chemistry entitled A Study of Atomic Absorption Spectroscopy. A multiple passage of the light beam through the flame in the usual spectral flame burner has already been used by Russel, Shelton and Walsh, as in the Zeitschmft Spectrochim. Acta 8, 317, of 1957 is described.
Since in all known arrangements the light coming from the light source hits the flame perpendicularly, the desired extension of the light path requires additional equipment (larger burner with several flames or several optical reflectors), which one would like to keep as small as possible .
The object of the invention is therefore to lengthen the light path through the flame so that the light is thrown in the longitudinal direction through the flame.
According to the invention, a tubular absorption cell is provided for guiding the burner flame and the light beam emanating from the light source; In addition, the flame burner is arranged outside the absorption cell in such a way that the flame can be guided through the cell.
In an expedient development of the invention, it is possible to increase the concentration of the element to be analyzed in the flame. For this purpose, the outlet opening for the flame gases preferably has a smaller cross section than the rest of the cell. Further advantages of the subject matter of the invention are explained in detail in connection with the attached figures on the basis of exemplary embodiments.
Fig. 1 shows more or less schematically an absorption flame photometer in the preferred embodiment, in which the absorption cell is cut in the longitudinal direction.
Fig. 2 is a view on an enlarged scale and shows part of the absorption cell and a different arrangement of the cell, burner and spectrograph.
Figures 3-5 are other embodiments of the invention.
According to FIG. 1, the absorption flame contains a lamp 10 with a hollow cathode which is a monochromatic light source. A source (not shown) which supplies a constant direct current is used to excite the lamp 10. A burner 12 with a fuel inlet
14 is arranged so that a flame enters one end of an absorption cell 16 at an angle of e.g. B. 15 is thrown so that the flame fills the cell and the combustion products can leave the cell through an outlet opening 18 near the opposite end of the cell and through a vent channel 20 in an outer tube 22. the cell 16 is in the outer tube 22 z.
B. attached with Absestscheilben 24 and 26; the solution to be analyzed for a special substance is blown from a storage vessel 28 via an inlet tube 30 into the flame of the burner 12 in a known manner so that it reaches the burner flame in the atomized state, i.e. in droplet form.
The tip of the burner is at such a point that it does not interfere with the passage of light from the lamp 10 to a spectrograph 32. Between the lamp 10 and the inlet end of the cell 16 for the light with a quartz cap 38, a lens 36 is inserted, which collects the light which passes through the elongated flame in the cell. A further lens 40 is inserted between a light outlet end 42 of the cell and a slit 44 of the spectrograph 32 and focuses the light on a prism (not shown) of a monochromator in the spectrograph.
The tube that forms the cell 16 is preferably made. made of quartz and is transparent, while the outer tube 22 is made of a heat-resistant glass. Preferably, the space between the walls of the two tubes must be filled with a dehydrated magnesium oxide powder, which reflects the light that can enter from the cell 16 and lets it back into the cell so that it can pass through the flame again.
The absorption cell 16 and tube are made of a suitable material, e.g. made of ceramic, metal, asbestos or carbon that does not react chemically and is stable at flame temperature; if the material is opaque, a light-reflecting surface should be provided on the inside of the cell. The cell 16 is also isolated from the outside atmosphere by the magnesium oxide powder; In addition, the powder reduces or prevents the formation of deposits on the inner surface of the cell.
Asbestos or another heat-insulating material can then be used if the light-reflecting effect of the material in the space between the cell 16 and the tube 22 is not used. The inlet cap 38 for the light is provided with a restricted opening 46 through which two gases can pass, which pass through the restricted side opening 18. These limited outlet openings increase the concentration of atoms in the flame of the cell 16 because the gas pressure in the cell is increased; In addition, the outlet openings in the arrangement are smaller than the flame inlet openings at the end 42 of the cell. With the.
Absorption flame photometer according to Fig. 1, good results have been obtained when the absorption cell has a length of about
100 cm and an inside diameter of 1 cm be seated. In the embodiment of the subject of the invention according to. 2, the burner 12 is frozen to the flame inlet end and the Liahtaius outlet end 42 of the absorption cell 16; The light which passes through the absorption cell from the light source, as will be explained in connection with FIG. 1, is reflected to the slit 44 of the spaktrograph 32.
For this purpose, a plane reflector 48 is arranged at an angle of 45 to the end 42 of the cell and to the slot 44 of the spectrograph 32 and is provided with an opening 50 so that the flame of the burner 12 can enter the absorption cell.
In the embodiment of the invention according to FIGS. 3 and 4, the absorption cell is placed vertically. According to Fig. 4 is. the light source 10 at either end of the cell such as the burner 12; the converging lens 36 is included. arranged so that the light comes in at an angle of 45. A light reflector 48 is positioned at an angle of 45 ° at the lower light outlet end of the cell and directs the light to the slit of the spectrograph 32 reflected.
3 corresponds roughly to that according to FIG. 2, if one disregards the fact that the cell 16 is placed vertically and the spectrograph 32 is arranged so that the light entry slit 44 is in a verbical plane as in FIG Fig. 1 is located.
In the above-described embodiments of the invention, the burner flame is approximately in the ice. Thrown at the end of cell 16. In the embodiment of Figure 5, the flame can be thrown into the cell at an intermediate point 56, from which the flame is curled and travels towards opposite ends of the cell.